perbandingan karakteristik water heater … · 2.1.3 konduktor dan isolator..... 10 2.1.4...
TRANSCRIPT
i
PERBANDINGAN KARAKTERISTIK WATER HEATER
RANGKAIAN SERI DENGAN TEKANAN ALIRAN GAS
RENDAH DAN TINGGI
SKRIPSI
Untuk memenuhi sebagian persyaratan
mencapai derajat S-1 Teknik Mesin
Oleh :
STEFANUS EKO MARYANTO
NIM :125214021
PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN
JURUSAN TEKNIK MESIN
FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI
UNIVERSITAS SANATA DHARMA
YOGYAKARTA
2018
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
ii
COMPARISON CHARACTERISTICS OF THE WATER
HEATER SERIES MODELS WITH LOW AND HIGH GAS
PREASSURE
FINAL PROJECT
As partial fullfillment of the requirements
to obtains the Sarjana Teknik degree in Mechanical Engineering
By :
STEFANUS EKO MARYANTO
NIM :125214021
MECHANICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM
MECHANICAL ENGINEERING DEPARTMENT
SCIENCE AND TECHNOLOGY FACULTY
SANATA DHARMA UNIVERSITY
YOGYAKARTA
2018
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
vii
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur saya panjatkan kehadirat Tuhan Yang Maha Esa atas
segala anugerah yang telah diberikan-Nya, sehingga penulis dapat menyelesaikan
skripsi ini dengan lancar.
Skripsi merupakan salah satu persyaratan yang harus dipenuhi dalam
menyelesaikan jenjang S1 Prodi Teknik Mesin, Fakultas Sains dan Teknologi,
Universitas Sanata Dharma, Yogyakarta.
Dalam pembuatan skripsi ini penulis selalu mendapat dukungan dari
berbagai pihak yang tak henti-hentinya memberikan bantuan berupa dukungan
semangat, dukungan ekonomi, dukungan akademik, dan lain sebagainya. Penulis
juga mengucapkan rasa terima kasih yang tak terhingga, khususnya kepada:
1. F.Y Bintri Martanti dan Yohanes Argo Cahyono selaku orang tua penulis
yang selalu memberikan banyak dukungan dalam segala hal.
2. Alm. Donatus Sudarto selaku ayah kandung penulis.
3. Ir. PK. Purwadi, M.T., selaku Ketua Program Studi Teknik Mesin,
Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Sanata Dharma, Yogyakarta
dan selaku Dosen Pembimbing Skripsi.
4. Dr. Ir. Y.B Lukiyanto, MT., selaku Dosen Pembimbing Akademik.
5. Mahasiswa Teknik Mesin, Universitas Sanata Dharma, khususnya
Angkatan 2012 selaku teman seperjuangan penulis.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
ix
INTISARI
Seiring dengan kemajuan jaman, penggunaan air panas sangat dibutuhkan
untuk kebutuhan sehari-hari. Kebutuhan air panas dibutuhkan banyak orang
terutama untuk kebutuhan pribadi, rumah tangga maupun yang lainnya. Dengan
menggunakan water heater kita dapat mendapatkan air panas lebih mudah, lebih
cepat, dan efisien. Tujuan penelitian : (a) Menghasilkan peralatan water heater
gas LPG, yang diperlukan untuk mandi skala rumah tangga. (b) Mengetahui
karakteristik dari water heater gas LPG (Mengetahui debit air yang keluar dengan
suhu air sekitar 38oC-41
oC dan mengetahui efisiensi dari water heater saat air
keluar dari water heater dengan suhu air sekitar 38oC-41
oC.
Lokasi penelitian di Laboratorium Teknik Mesin, Universitas Sanata
Dharma, Yogyakarta. Water heater yang dibuat menggunakan bahan bakar gas
LPG berbentuk tabung yang terbuat dari plat galvanum dengan tinggi 30 cm dan
berdiameter 30 cm. Water heater yang digunakan berjumlah dua buah dan diberi
lubang sirkulasi udara lalu dirangkai secara seri, dengan 3 lapisan tabung pada 1
water heater. Tabung yang ditempelkan pada tutup water heater berdiameter 9
cm, tabung dalam pada water heater berdiameter 22 cm, tabung luar berdiameter
30 cm, tutup water heater berebentuk lingkaran dan diberi lubang udara. Pipa
menggunakan bahan tembaga berdiameter 0,5 inci, panjang pipa 8 meter dirol
secara bertingkat. Variasi penelitian dilakukan dengan mengatur besar kecilnya
debit alira air yang masuk dengan 10 variasi debit air yang masuk ke dalam water
heater dengan tekanan aliran gas minimum dan maksimum. Sehingga nantinya
mampu bersaing dengan water heater yang ada dipasaran.
Hasil penelitian (a) Telah berhasil membuat peralatan water heater gas
LPG, yang dipergunakan untuk keperluan mandi air panas skala rumah tangga.
(b) Besar debit air yang dihasilkan water heater pada kisaran suhu 38 °C – 41 °C :
Pada tekanan gas minimum untuk water heater rangkaian seri sebesar 9,9 – 12,9
liter/menit dan untuk water heater tunggal sebesar 5 – 6,3 liter/menit. Pada
tekanan gas maksimum untuk water heater rangkaian seri sebesar 16,9 – 20,7
liter/menit dan untuk water heater tunggal sebesar 8,6 l – 10,8 liter/menit.(c)
Besar efisiensi yang dihasilkan water heater pada kisaran suhu 38 °C – 41 °C:
Pada tekanan gas minimum water heater rangkaian seri untuk suhu 41 °C yaitu
38,35 % dan untuk suhu 38°C yaitu 38,95 %, pada water heater tunggal untuk
suhu 41 °C yaitu 43,95 % dan untuk suhu 38°C yaitu 43,16 %. Pada tekanan gas
maksimum water heater rangkaian seri untuk suhu 41 °C yaitu 41,98 % dan untuk
suhu 38°C yaitu 40,1 %, pada water heater tunggal untuk suhu 41 °C yaitu 35,1
% dan untuk suhu 38°C yaitu 34,35 %.
Kata kunci : Membuat water heater, Menghasilkan air panas, Karakteristik water
heater
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
x
ABSTRACT
Nowadays, hot water is required for everyday needs. It is needed by many
people, especially for personal needs, household, and others. By using water
heater, we can get hot water easier, faster, and more efficient. This research was
aimed to: (a) produce LPG water heater equipment, which is required for
household-scale baths. (b) know the characteristics of the LPG water heater (the
water discharge while the water temperature is around 38oC-41
oC as well as the
water heater efficiency when the water comes out from the water heater while the
water temperature is around 38oC-41
oC.
The location of the research was in the laboratory of Mechanical
Engineering, Sanata Dharma University, Yogyakarta. The water heater was made
using tube-shaped LPG as the fuel made of galvanum plate with 30 cm height and
30 cm in diameter. Two water heaters were used, given ventilation hole(s) and
assembled in series, with 3 layers of tube on one water heater. The tube attached
to the water heater lid was 9 cm in diameter, the inner tube of the water heater was
22 cm in diameter, the outer tube was 30 cm in diameter, the water heater lid was
round and was given a ventilation. The pipe was made of copper, 0.5 inch in
diameter. The pipe length was 8 meters, rolled in level. The variations of the
research were conducted by setting the volume of water discharge entering the
water heater, with 10 variations of water discharge entering the water heater, with
low and medium gas flow pressure, where later on, it could compete with other
water heaters in the market.
The result of research were (a) LPG water heater equipment which is used
for household scale bath had been successfully made. (b) The large of water
discharge which produced by water heater in the temperature range 38 °C – 41
°C: In the minimum gas pressure for the series water heater is 9,9 – 12,9
liter/minutes and for single water heater is 5 – 6,3 liter/minutes. In the maximum
pressure for the series water heater is 16,9 – 20,7 liter/minutes and for the single
water heater is 8,6 l – 10,8 liter/minutes. (c ) The large of efficiency which
produced by water heater in the temperature range 38 °C – 41 °C: In the minimum
gas pressure of the series water heater in the temperature of 41 °C is 38,35 % and
for the temperature 38°C is 38,95 %, for the single water heater in the temperature
of 41 °C is 43,95 % in the temperature of 41 °C is 41,98 % and in the temperature
of 38°C is 40,1 %, for the single water heater in the temperature of 41 °C is 35,1
% and in the temperature of 38°C is 34,35 %.
Keywords : Design water heater, made water heater, Characteristics of LPG water
heater
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
xi
DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL ............................................................................................ i
TITLE PAGE ......................................................................................................... ii
LEMBAR PENGESAHAN .................................................................................. iii
PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI ............................................................... v
PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI KARYA .................................. vi
ILMIAH UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS
KATA PENGANTAR .......................................................................................... vii
INTISARI ............................................................................................................. ix
ABSTRACT ............................................................................................................ x
DAFTAR ISI ......................................................................................................... xi
DAFTAR TABEL ................................................................................................. xv
DAFTAR GAMBAR .......................................................................................... xvii
BAB I PENDAHULUAN ..................................................................................... 1
1.1 Latar Belakang............................................................................................ 1
1.2 Rumusan Masalah ...................................................................................... 3
1.3 Tujuan Penelitan ......................................................................................... 3
1.4 Batasan Masalah ......................................................................................... 3
1.5 Manfaat Penelitian ...................................................................................... 4
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
xii
BAB II DASAR TEORI DAN TINJAUAN PUSTAKA ..................................... 6
2.1 Dasar Teori ................................................................................................. 6
2.1.1 Perpindahan Kalor ................................................................................ 6
2.1.2 Perancangan Pipa.................................................................................. 8
2.1.3 Konduktor dan Isolator ......................................................................... 10
2.1.4 Perancangan Tabung Water Heater...................................................... 12
2.1.5 Bahan Bakar ......................................................................................... 12
2.1.6 Proses Pembakaran LPG ...................................................................... 14
2.1.7 Saluran Udara Masuk ........................................................................... 14
2.1.8 Saluran Gas Buang ............................................................................... 15
2.1.9 Media Pembakar ................................................................................... 16
2.1.10 Laju Aliran Kalor ................................................................................. 17
2.1.11 Efisiensi Water Heater ......................................................................... 18
2.2 Water Heater yang Beredar di Pasaran ...................................................... 18
2.2.1 Model Water Heater yang Dijual Bebas .............................................. 19
BAB III METODOLOGI PENELITIAN ............................................................. 28
3.1 Pembuatan Alat .......................................................................................... 28
3.1.1 Persiapan Pembuatan Alat .................................................................... 28
3.1.2 Bahan Untuk Membuat Water heater................................................... 28
3.1.3 Peralatan Yang Digunakan ................................................................... 30
3.1.4 Proses Pembuatan Water Heater .......................................................... 34
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
xiii
3.2 Metodologi Penelitian ................................................................................ 36
3.2.1 Objek Yang Diuji ................................................................................. 36
3.2.2 Skematik Penelitian .............................................................................. 38
3.2.3 Alat Bantu Penelitian ............................................................................ 39
3.2.4 Diagram Alur Penelitian ....................................................................... 40
3.2.5 Variasi Penelitian.................................................................................. 41
3.2.6 Cara Mendapatkan Data ....................................................................... 41
3.2.7 Cara Mengolah Data ............................................................................. 41
3.2.8 Cara Mendapat Kesimpulan ................................................................. 42
BAB IV HASIL PENGUJIAN, PERHITUNGAN DATA ................................... 43
DAN PEMBAHASAN
4.1 Hasil Pengujian ........................................................................................... 43
4.2 Perhitungan ................................................................................................. 47
4.2.1 Perhitungan Aliran Kalor Yang Diberikan Gas LPG ........................... 47
4.2.2 Perhitungan Kecepatan Air Rata-Rata .................................................. 49
4.2.3 Perhitungan Laju Aliran Massa Air ...................................................... 51
4.2.4 Perhitungan Laju Aliran Kalor Yang Diterima Air .............................. 52
4.2.5 Efisiensi Water Heater ......................................................................... 53
4.3 Hasil Perhitungan Pengujian Pada Water Heater ....................................... 54
4.4 Pembahasan ................................................................................................ 63
4.4.1 Pembahasan Hasil Penelitian Water Heater Rangkaian Seri ............... 63
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
xiv
4.4.2 Perbandingan Water Heater Rangkaian Seri dan Water Heater .......... 66
Tunggal
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ............................................................... 73
5.1 Kesimpulan ................................................................................................. 73
5.2 Saran ........................................................................................................... 74
DAFTAR PUSTAKA ........................................................................................... 75
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
xv
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1 Nilai konduktivitas termal/bahan ..................................................... 9
Tabel 2.2 Sifat-sifat isolator bahan bukan logam............................................. 11
Tabel 2.3 Karakter konduktor jenis logam pada suhu 20 °C ............................ 11
Tabel 2.4 Daya pemanasan dan efisiensi dari beberapa jenis bahan bakar ...... 13
Tabel 4.1 Hasil pembakaran gas pada water heater rangkaian seri ................. 44
(dua tungku).
Tabel 4.2 Hasil pembakaran gas pada water heater tunggal (satu tungku) ..... 44
Tabel 4.3 Hasil pengujian water heater rangkaian seri gas minimum ............. 45
(low pressure).
Tabel 4.4 Hasil pengujian water heater rangkaian seri gas maksimum .......... 45
(high pressure).
Tabel 4.5 Hasil pengujian water heater tunggal gas minimum ....................... 46
(low pressure).
Tabel 4.6 Hasil pengujian water heater tunggal gas maksimum ..................... 46
(high pressure).
Tabel 4.7 Hasil pengujian gas menggunakan dua tungku pada ....................... 47
tekanan maksimum, medium, dan minimum
(water heater rangkaian seri).
Tabel 4.8 Hasil pengujian gas menggunakan satu tungku pada....................... 47
tekanan maksimum, medium, dan minimum
(water heater tunggal).
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
xvi
Tabel 4.9 Hasil perhitungan water heater rangkaian seri kondisi ................... 55
gas minimum.
Tabel 4.10 Hasil perhitungan water heater rangkaian seri kondisi ................... 55
gas Maksimum.
Tabel 4.11 Hasil perhitungan water heater tunggal kondisi gas minimum ....... 56
Tabel 4.12 Hasil perhitungan water heater tunggal kondisi gas maksimum ..... 56
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
xvii
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Skema perpindahan panas secara konduksi, konveksi ............... 6
dan radiasi.
Gambar 2.2 Media pembakar dengan bahan bakar LPG ............................... 16
Gambar 2.3 Aliran fluida dalam saluran air .................................................. 17
Gambar 2.4 Water heater tipe 1 ..................................................................... 19
Gambar 2.5 Water Heater tipe 2 .................................................................... 20
Gambar 2.6 Water heater tipe 3 ..................................................................... 21
Gambar 2.7 Water heater tipe 4 ..................................................................... 22
Gambar 2.8 Water heater gas LPG tipe 1 ...................................................... 23
Gambar 2.9 Water heater gas LPG tipe 2 ...................................................... 25
Gambar 2.10 Water heater gas LPG tipe 3 ...................................................... 26
Gambar 3.1 Plat galvanum ............................................................................. 28
Gambar 3.2 Pipa tembaga berdiameter 0,5 inchi ........................................... 29
Gambar 3.3 Besi nako dan besi strip ............................................................. 29
Gambar 3.4 Gunting plat ............................................................................... 30
Gambar 3.5 Bor tangan .................................................................................. 30
Gambar 3.6 Gerinda tangan ........................................................................... 31
Gambar 3.7 Pemotong pipa tembaga ............................................................. 31
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
xviii
Gambar 3.8 Penekuk pipa .............................................................................. 32
Gambar 3.9 Mesin las listrik .......................................................................... 32
Gambar 3.10 Kunci pas ................................................................................... 33
Gambar 3.11 Meteran ...................................................................................... 33
Gambar 3.12 Jangka sorong ............................................................................. 33
Gambar 3.13 Pemotongan pipa tembaga ......................................................... 34
Gambar 3.14 Pembengkokan pipa tembaga .................................................... 34
Gambar 3.15 Pembuatan rangka water heater ................................................. 35
Gambar 3.16 Pemotongan plat galvanum dan pembuatan lubang udara ......... 35
Gambar 3.17 Pipa tembaga yang sudah di roll ................................................ 37
Gambar 3.18 Water heater tampak bawah ...................................................... 37
Gambar 3.19 Rancangan water heater ............................................................ 38
Gambar 3.20 Skema penelitian water heater ................................................... 38
Gambar 3.20 Diagram alur penelitian .............................................................. 40
Gambar 4.1 Skematik water heater rangkaian seri ........................................ 43
Gambar 4.2 Skematik water heater Tunggal ................................................. 44
Gambar 4.3 Hubungan debit air dengan suhu air keluar ............................... 57
pada water heater rangkaian seri
(kondisi gas minimum, mgas low = 0,029 kg/menit).
Gambar 4.4 Hubungan debit air dengan suhu air keluar ............................... 58
pada water Heater tunggal
(kondisi gas minimum, mgas low = 0,013 kg/menit).
Gambar 4.5 Hubungan debit air dengan suhu air keluar ............................... 58
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
xix
pada water heater rangkaian seri
(kondisi gas maksimum, mgas max = 0,046 kg/menit).
Gambar 4.6 Hubungan debit air dengan suhu air keluar ............................... 59
pada water heater tunggal
(kondisi gas maksimum, mgas max = 0,028 kg/menit).
Gambar 4.7 Hubungan debit air dengan laju aliran kalor keluar ................... 59
pada water heater rangkaian seri yang diterima air
(kondisi gas minimum, mgas low = 0,029 kg/menit).
Gambar 4.8 Hubungan debit air dengan laju aliran kalor keluar ................... 60
pada water heater tunggal yang diterima air
(kondisi gas minimum, mgas low = 0,013 kg/menit).
Gambar 4.9 Hubungan debit air dengan laju aliran kalor keluar ................... 60
pada water heater rangkaian seri yang diterima air
(kondisi gas maksimum, mgas max = 0,046 kg/menit).
Gambar 4.10 Hubungan debit air dengan laju aliran kalor keluar ................... 61
pada water heater tunggal yang diterima air
(kondisi gas maksimum, mgas max = 0,028 kg/menit).
Gambar 4.11 Hubungan debit air dengan efisiensi water heater..................... 61
rangkaian seri (kondisi gas minimum, , mgas low = 0,029 kg/menit).
Gambar 4.12 Hubungan debit air dengan efisiensi water heater tunggal........ 62
(kondisi gas minimum, , mgas low = 0,029 kg/menit).
Gambar 4.13 Hubungan debit air dengan efisiensi water heater rangkaian .... 62
seri (kondisi gas maksimum, , mgas max = 0,046 kg/menit).
Gambar 4.14 Hubungan debit air dengan efisiensi water heater tunggal........ 63
(kondisi gas maksimum, , mgas max = 0,028 kg/menit).
Gambar 4.15 Perbandingan debit air dengan suhu air keluar (Tout) pada ........ 67
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
xx
kondisi gas minimum water heater rangkaian seri dan tunggal.
Gambar 4.16 Perbandingan debit air dengan suhu air keluar (Tout) pada ........ 68
kondisi gas maksimum water heater rangkaian seri dan tunggal.
Gambar 4.17 Perbandingan debit air dengan laju aliran kalor pada ................ 69
kondisi gas minimum water heater rangkaian seri dan tunggal.
Gambar 4.18 Perbandingan debit air dengan laju aliran kalor pada ................ 70
kondisi gas maksimum water heater rangkaian seri dan tunggal.
Gambar 4.19 Perbandingan debit air dengan efisiensi pada kondisi ............... 71
gas minimum water heater rangkaian seri dan tunggal.
Gambar 4.20 Perbandingan debit air dengan efisiensi pada kondisi ............... 72
gas maksimum water heater rangkaian seri dan tunggal.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
1
BAB I
PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang
Di jaman ini peningkatan di bidang teknologi mengalami perkembangan
yang sangat pesat. Dengan perkembangan teknologi manusia semakin mudah
mencukupi kebutuhan sehari-harinya untuk memperoleh kenyamanan dan kualitas
hidup yang lebih baik. Peningkatan teknologi dapat menyelesaikan masalah-
masalah terhadap penyediaan kebutuhan bagi masyarakat yang menginginkan
kualitas hidup yang lebih baik. Adapun contoh kebutuhan masyarakat tersebut
yaitu kebutuhan akan tersedianya air panas. Kebutuhan akan air panas saat ini
tidak dapat dipungkiri, banyak orang membutuhkan air panas baik untuk
keperluan pribadi, rumah tangga, maupun untuk keperluan produksi. Air panas
untuk keperluan pribadi misalnya untuk membuat minuman panas dan makanan
cepat saji. Air panas untuk skala rumah tangga banyak digunakan untuk mandi
bagi para orang tua, bagi bayi, bagi orang sakit, dan bagi para mandi pekerja yang
pulang saat larut malam. Mandi air hangat dapat memberikan kehangatan pada
badan serta dapat melebarkan pori-pori kulit tubuh. Untuk kepentingan produksi,
air panas dapat digunakan untuk mensterilkan botol minuman pada pabrik
produsen minuman botol, untuk mengisi kolam renang air panas dan untuk
membubut bulu ayam di pemotongan ayam.
Salah satu contoh alat yang dipakai untuk menghasilkan air panas yaitu
pemanas air atau water heater. Pembuatan alat ini berdasarkan oleh kebutuhan air
hangat yang digunakan untuk keperluan mandi. Semakin berkembangnya
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
2
teknologi, semakin banyak pula penemuan alat pemanas air modern yang lebih
canggih, efektif dan efisien.
Di pasaran ada beberapa model water heater yang beredar. Berasarkan
dari jenis energi yang dibutuhkan, water heater dikelompokkan dalam beberapa
jenis, yaitu water heater dengan tenaga surya, water heater dengan energi listrik,
dan water heater dengan energi panas yang dihasilkan oleh pembakaran gas LPG.
Adapun kelebihan water heater yang menggunakan gas LPG jika dibandingkan
dengan kedua jenis water heater lain, yaitu pemanasan airnya yang relatif lebih
cepat dan sangat praktis untuk digunakan. Penggunan water heater jenis LPG
sangat fleksibel untuk digunakan di dalam hotel, rumah sakit, perindustrian, dan
juga dalam rumah tangga. Keuntungan lain penggunaan water heater jenis LPG
yaitu dapat beroprasi tanpa adanya energi listrik, kapasitas air yang tidak terbatas,
tidak memerlukan tempat penampungan air, dapat dipergunakan kapan saja dan
dimana saja.
Jika dibandingkan dengan water heater jenis lainnya, penggunaan water
heater jenis LPG juga memiliki kekurangan antara lain penggunaannya yang
kurang ramah lingkungan karena menghasilkan gas buang dari pembakaran gas
LPG. Selain itu gas LPG akan habis bila dipakai terus menerus sehingga
memerlukan waktu untuk pengisian gas kembali, sangat berbeda dengan energi
surya yang tidak akan pernah habis. Water heater gas LPG memerlukan biaya
untukse pembelian gas LPG. Selain ini, pengguna water heater harus peka
terhadap kebocoran gas LPG agar tidak terjadi kebakaran gas LPG yang
menyebabkan bahaya ledakan tabung gas LPG.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
3
Dengan latar belakang di atas penulis tertarik untuk melakukan penelitian
tentang water heater gas LPG. Penelitian ditunjuk dengan menggunakan dua buah
water heater yang dirangkai secara seri.
1.2. Rumusan Masalah
Bagaimanakah membuat water heater yang dapat memenuhi kebutuhan air
panas yang dapat dipergunakan untuk keperluan mandi di dalam rumah tangga?
1.3. Tujuan Penelitian
Selain membuat water heater, penelitian bertujuan untuk mengetahui
karakteristik dari water heater yang telah dibuat meliputi:
a. Membuat 2 water heater yang dirangkai secara dan seri.
b. Mengetahui besar debit air yang dihasilkan dengan suhu keluaran water
heater sebesar 38 - 41 °C, dengan melakukan variasi terhadap tekanan
aliran gas.
c. Mengetahui efisiensi yang dimiliki water heater dengan suhu air keluaran
sekitar 38 - 41 °C, dengan melakukan variasi terhadap tekanan aliran gas.
1.4. Batasan Masalah
Dalam penelitian yang dilakukan penulis ada beberapa batasan-batasan
yang di ambil antara lain yaitu :
a. Air yang masuk ke dalam water heater berasal dari PAM.
b. Water heater yang digunakan berjumlah dua buah dan disusun secara seri.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
4
c. Bahan yang digunakan untuk membuat selimut water heater terbuat dari
galvanis yang diberi lubang.
d. Pipa saluran air yang digunakan pada masing-masing water heater terbuat
dari bahan tembaga, dengan panjang 8 meter berdiameter dalam 0,5 inci.
e. Sumber energi panas yang digunakan water heater berasal dari hasil
pembakaran gas LPG.
f. Suhu air yang dihasilkan water heater berkisar (37 – 41 °C).
1.5. Manfaat Penelitian
Manfaat penelitian pembuatan water heater dengan sumber panas yang
berasal dari pembakaran gas LPG antara lain :
a. Manfaat teoritis
1. Memperoleh data secara spesifik tentang pengoperasian dua buah
water heater yang disusun secara seri dengan panjang pipa tembaga 8
meter dan diameter dalam 0,5 inci pada masing-masing water heater.
2. Mengetahui perbandingan data antara water heater rangkaian seri dan
water heater tunggal.
3. Dapat menjadi pedoman peneliti lain dalam melakukan penelitian di
bidang yang sama.
b. Manfaat praktis
1. Dapat digunakan dalam kebutuhan air panas di bidang industri
maupun rumah tangga.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
5
2. Dapat memberikan kontribusi pada pengembangan ilmu perpindahan
kalor khususnya di bidang pemanas air.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
6
BAB II
DASAR TEORI DAN TINJAUAN PUSTAKA
2.1. Dasar Teori
2.1.1. Perpindahan Kalor
Perpindahan kalor (heat transfer) adalah proses perpindahan energi panas
yang terjadi karena adanya perbedaan suhu di antara benda atau material. Panas
yang mengalir besarnya tergantung pada perbedaan suhu benda tersebut. Semakin
tinggi beda suhu benda, maka semakin besar panas yang mampu dipindahkannya.
Panas berpindah dari tempat yang bersuhu tinggi ke tempat yang bersuhu rendah.
Proses perpindahan panas dapat terjadi secara konduksi, konveksi, dan radiasi.
Gambar 2.1 Skema perpindahan panas secara konduksi, konveksi dan radiasi.
a. Perpindahan panas secara konduksi
Perpindahan kalor konduksi adalah perpindahan kalor melalui zat tanpa
disertai perpindahan partikel-partikel zat tersebut. Konduksi kalor melalui zat
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
7
padat lebih baik daripada konduksi melalui cairan ataupun gas, hal tersebut
disebabkan karena jarak partikel dalam zat padat lebih berdekatan.
Konduktor adalah suatu zat yang dapat menghantarkan kalor dengan baik, hampir
semua jenis logam adalah konduktor. Adapun benda padat yang lain seperti kayu,
kertas, dan plastik dikategorikan sebagai isolator. Isolator tersebut kurang baik
dalam hal menghantarkan kalor. Sifat logam lebih baik dalam perpindahan kalor
konduksi jika dibandingkan dengan yang lain hal ini disebabkan logam memiliki
banyak elektron bebas tidak seperti dalam isolator yang hanya memiliki sedikit
ataupun tidak memilki elektron bebas.
b. Perpindahan kalor secara konveksi
Perpindahan kalor konveksi yaitu perpindahan kalor yang diikuti gerak
partikel-partikel zat perantara atau mediumnya. Konveksi terjadi akibat adanya
ekspansi thermal dan konduksi. Konveksi merupakan fluida yang berpindah
akibat adanya perbedaan suhu di fluida tersebut. Ekspansi thermal adalah sifat
yang berasal dari sustansi yang bersuhu tinggi di mana partikel-partikel sustansi
tersebut volumenya meluas atau membesar akibat kalor yang diterima. Pada
perpindahan kalor ini dapat terjadi pada zat cair dan gas. Contoh perpindahan
kalor konveksi pada zat cair adalah pada saat memasak air, meskipun yang
dipanaskan hanya air bagian bawah namun air bagian atas dapat berubah suhunya.
Hal ini menunjukkan bahwa terjadi aliran kalor dari air bagian bawah ke air
bagian atas. Sedangkan perpindahan kalor konveksi di udara adalah terjadinya
angin laut pada siang hari dan angin darat pada malam hari. Angin laut dan darat
terjadi karena adanya perbedaan suhu antara laut dengan darat yang menyebabkan
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
8
perbedaan massa jenis udara diatas permukaan darat dan permukaan laut. Pada
water heater perpindahan kalor secara konveksi dapat ditemukan pada permukaan
dalam pipa yang mengalirkan panas ke air di dalam pipa.
c. Perpindahan kalor secara radiasi
Perpindahan kalor radiasi menurut Koestoer, R. A adalah perpindahan
kalor melalui gelombang elektromagnet atau paket-paket energi (photon) yang
dapat mengalir atau berpindah sangat jauh tanpa memerlukan interaksi dengan
medium atau tanpa bersinggungan. Contoh perpindahan kalor radiasi adalah panas
sinar matahari yang sampai ke bumi dan kalor yang sampai ke tubuh kita saat kita
menyalakan api unggun. Pada water heater perpindahan kalor secara radiasi
terjadi pada tabung bagian dalam menuju ke bagian luar pipa pemanas, tabung
bagian dalam menuju tabung bagian luar, dari tabung bagian luar ke udara di
sekitar alat pemanas air.
2.1.2. Perancangan Pipa
Bebereapa hal yang harus diperhatikan dalam perancangan pipa water
heater, antara lain: (a) Pemilihan bahan (b) Pemilihan diameter pipa (c) Pemilihan
bentuk pipa.
a. Pemilihan bahan
Pipa yang digunakan harus memiliki nilai konduktivitas termal yang
tinggi. Sehingga bahan mampu memindahkan kalor yang diterima dari api menuju
fluida yang mengalir di dalam pipa dan dapat mengalirkan kalor konduksi yang
besar. Konduktivitas termal (k) yaitu kemampuan suatu media untuk
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
9
memindahkan kalor melalui media itu sendiri. Media yang memiliki konduktivitas
termal besar adalah penghantar kalor yang baik. Sebaliknya, media yang memiliki
konduktivitas termal kecil merupakan penghantar kalor yang buruk. Semakin
tinggi nilai konduktivitas termal suatu media, semakin besar laju aliran kalor yang
dimiliki. Pemilihan pipa air juga harus mempertimbangkan harga dari bahan
pembuatnya. Disamping itu itu bahan pipa juga tidak boleh berkarat, sebab jika
pipa berkarat akan mengotori air yang mengalir dan pipa akan cepat rusak dan
bocor. Titik lebur bahan pipa juga harus tinggi, agar saat pipa sedang dibakar
bahan pipa tidak melebur. Nilai konduktivitas termal dapat dilihat pada Tabel 2.1.
Tabel 2.1 Nilai konduktivitas termal/bahan (Holman, 1995)
No Bahan Nilai konduktivitas termal Suhu titik lebur
Watt/m.ºC °C
1 Perak (murni) 410 400
2 Tembaga (murni) 385 600
3 Aluminium (murni) 202 400
4 Nikel (murni) 93 1455
5 Besi (murni) 73 1200
6 Baja karbon, 1% C 43 1200
7 Timbal (murni) 35 327
Pada pembuatan water heater dalam penelitian ini pipa dipilih dari bahan tembaga
yang memiliki nilai konduktivitas termal sebesar 385 Watt/m.ºC.
b. Pemilihan diameter pipa
Pemilihan diameter pipa adalah hal yang penting karena semakin kecil
diameter pipa, daya pompanya akan semakin besar. Semakin kecil diameter pipa
akan semakin besar hambatannya. Ukuran diameter pipa dipilih sedemikian
sehingga tidak menghasilkan daya pompa yang besar, tetapi harga jual water
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
10
heater dapat terjangkau. Pada penelitian ini, diameter yang di pergunakan sebesar
0,5 inchi.
c. Pemilihan bentuk pipa
Dalam pembuatan water heater, pipa dirancang sedemikian rupa agar
tidak menghasilkan hambatan yang besar. Hambatan yang besar akan
membutuhkan daya dorong yang besar untuk dapat mengalirkan air. Pemilihan
bentuk pipa bertujuan agar hambatan fluida yang mengalir di dalam pipa dapat
diminimalisir. Pada penelitian ini, bentuk pipa yang dipilih berbentuk spiral.
Dalam membentuk saluran pipa, tidak dirancang melengkung tajam karena akan
memperbesar hambatan antara fluida dengan pipa (disarankan sudut
pembengkokan pipa <90º).
Dengan metode pembengkokan pipa secara spiral pemanasan dari api ke
permukaan pipa lebih efisien. Seluruh permukaan luar pipa akan terkena api dari
hasil pembakaran gas elpiji dengan merata.
2.1.3. Konduktor dan Isolator
Benda sebagai media penghantar kalor ada yang dapat mengalirkan kalor
dengan baik da nada benda yang sulit menghantarkan kalor. Berdasarkan sifat
tersebut, benda dibagi menjadi dua yaitu:
a. Isolator
Isolator adalah benda yang sulit menghantarkan kalor dari suatu sumber
kalor ke tempat yang lain. Penggunaan isolator dalam water heater ini
dimaksudkan agar kalor hasil dari proses pembakaran bahan bakar tidak banyak
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
11
terbuang saat proses pemanasan air. Beberapa contoh benda isolator adalah
plastik, kayu, dan lain-lain. Dalam penelitian kali ini isolator yang digunakan
adalah udara. Udara diletakkan diantara tabung berdiameter kecil dan tabung
berdiameter besar. Tabel 2.2 menyajikan sifat-sifat isolator bukan logam.
Tabel 2.2 Sifat-sifat isolator bahan bukan logam (Holman, 1995)
No Bahan k (W/mºC) c (kJ/kg.˚C) ρ (kg/m3) α (m
2/s)
1 Asbes 0,154 0,816 470-570 3,3-4 x 10-7
2 Gabus 0,045 1,88 45-120 2-5,3 x 10-7
3 Gelas 0,78 0,84 2700 3,4 x 10-7
4 Bata bangunan 0,69 0,84 1600 5,2 x 10-7
5 Kayu Pinus 0,147 2,8 640 0,82 x 10-7
6 Udara 0,009246 1,0266 3,601 25,01 x 10-7
b. Konduktor
Konduktor adalah benda yang sangat baik dalam menghantarkan kalor dari
suatu sumber panas ke tempat lain. Contoh benda yang tergolong konduktor
antara lain besi, tembaga, kuningan dan lain-lain. Dalam penelitian ini logam yang
digunakan sebagai pengantar panas adalah logam tembaga yang memiliki nilai
konduktivitas termal sebesar 386 W/mºC pada suhu 20 ºC. Tabel 2.3 menyajikan
bahan konduktor dari logam.
Tabel 2.3 Karakter konduktor jenis logam pada suhu 20 °C (Holman1995)
No Bahan k (W/mºC) cp (kJ/kg.˚C) ρ (kg/m3) α (m
2/s)
1 Perak 419 0,2340 10524 17,004 x 10-5
2 Tembaga 386 0,3831 8954 11,234 x 10-5
3 Alumunium 204 0,896 2707 8,418 x 10-5
4 Seng 112,2 0,3843 7144 4,106 x 10-5
5 Besi 73 0,452 7897 2,034 x 10-5
6 Baja 54 0,465 7833 1,474 x 10-5
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
12
2.1.4. Perancangan Tabung Water Heater
Dalam merancang water heater ada beberapa hal yang harus diperhatikan
agar water heater tersebut dapat memberikan data pengujian yang maksimal.
Beberapa hal yang dapat dipertimbangkan antara lain :
a. Pemilihan bahan
Untuk pembuatan tabung water heater bahan yang digunakan adalah
galvalum. Galvalum sendiri merupakan bahan yang mampu menahan panas yang
sangat tinggi, selain itu bahan galvalum juga bahan yang tahan terhadap karat
sehingga bahan jenis ini sangat cocok digunakan sebagai selimut dari water
heater. Galvalum merupakan material berbahan dasar besi dengan campuran
aluminium dan seng.
b. Pemilihan geometri tabung
Dalam pembuatan water heater dibuat menyerupai tabung, hal ini
bertujuan untuk menyesuaikan bentuk selimut water heater dengan bentuk pipa
tembaga spiral yang digunakan sebagai saluran air. Tabung water heater juga
dibuat lubang-lubang untuk mensuplai oksigen agar masuk kedalam yang akan
digunakan dalam proses pembakaran. Semakin banyak lubang pada tabung water
heater maka proses pembakaran akan semakin maksimal.
2.1.5. Bahan Bakar
Dalam penelitian ini bahan bakar yang digunakan adalah gas LPG
(Liquified Petroleum Gas). LPG terbuat dari campuran beberapa unsur dari
hidrokarbon yang ada di gas alam. Dalam tabung gas LPG terisi gas yang
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
13
dipadatkan dan berbentuk cair. Di dalam LPG terdapat gas yang dipampatkan
yang berubah ke fasa cair karena tekanan di dalam tabung LPG ditingkatkan dan
suhu diturunkan. Komponen yang terdapat dalam gas LPG yaitu butana 104 HC
dan propana 83HC , dengan komposisi kurang lebih sebesar 99 %, selebihnya
adalah gas pentana 125HC yang dicairkan. Perbandingan komposisi propana dan
butana adalah 30 : 70. LPG lebih berat dari udara dengan berat jenis sekitar 2,01
(dibandingkan dengan udara). Tekanan uap LPG cair dalam tabung sekitar 5 – 6,2
2cmkg
. Nilai kalori sekitar : 21.000 BTU/lb. zat mercaptan umumnya
ditambahkan ke LPG untuk memberikan bau khas, supaya kalau terjadi
kebocoran, dapat segera terdeteksi dengan cepat dan mudah. Daya yang dimiliki
gas LPG lebih baik jika dibandingkan dengan minyak tanah, arang, maupung
kayu bakar karena LPG memiliki daya pemanasan sekitar 11900 kkal/kg dengan
efisiensi sebesar 60 %.
Tabel 2.4 Daya pemanasan dan efisiensi dari beberapa jenis bahan bakar
Bahan Bakar Daya Pemanasan Efisiensi (%)
Kayu bakar 4000 kkal/kg 15
Arang 8000 kkal/kg 15
Minyak tanah 11000 kkal/kg 40
Gas kota 4500 kkal/kg 55
LPG 11900 kkal/kg 60
Listrik 860 kkal/kwh 60
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
14
2.1.6. Proses Pembakaran LPG
Definisi pembakaran yaitu reaksi kimia antara oksigen dengan bahan
bakar. Oksigen digunakan untuk berlangsungnya proses pembakaran.
Reaksi pembakaran propana 83HC , jika terbakar sempurna adalah
sebagai berikut :
83HC + 5 2O → 3 2CO + 4 OH 2 + panas
propana + oksigen → karbondioksida + uap air + panas
Dari sumber wikipedia panas yang dihasilkan (LHV) reaksi tersebut setara
dengan 46.000.000 J/kg atau 46 MJ/kg.
Reaksi pembakaran butana 104HC , jika terbakar sempurna adalah
sebagai berikut :
2 104HC + 13 2O → 8 2CO + 10 OH 2 + panas
butana + oksigen → karbondioksida + uap air + panas
Dari sumber wikipedia panas yang dihasilkan (LHV) reaksi tersebut hampir sama
dengan propana setara dengan 46 MJ/kg.
2.1.7. Saluran Udara Masuk
Dalam proses pembakaran diperlukan oksigen yang didapat dari udara
bebas. Jika posisi sumber api berada di bawah alat pemanas air maka harus ada
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
15
saluran udara yang berfungsi supaya udara bisa masuk dan proses pembakaran
dapat bekerja dengan maksimal. Apabila asupan oksigen kurang akan
menyebabkan proses pembakaran tidak bekerja dengan sempurna dan panas yang
dihasilkan kurang maksimal. Saluran udara pada water heater terdapat pada
bagian selimut pada water heater berupa lubang-lubang. Hal ini bertujuan supaya
asupan udara dapat masuk ke dalam ruang pembakaran pada water heater.
Apabila water heater kekurangan asupan udara saat sedang beroprasi maka panas
dari hasil pembakaran tidak maksimal. Jika tidak ada asupan oksigen maka api
pembakaran dari water heater akan condong mengarah keluar dari water heater.
Pada keadaan normal komposisi oksigen didalam udara berkisar 20,95 % dari
komposisi udara di bumi. Sehimgga diantara alat pemanas air dengan api pemanas
harus diberi jarak supaya ada ruang untuk udara yang masuk.
2.1.8. Saluran Gas Buang
Dalam proses pembakaran selain menghasilkan panas juga menghasilkan
gas buang yang berupa gas dan uap air. Supaya nyala api pembakaran tidak
terganggu oleh gas buang maka dibuat saluran gas buang agar gas sisa
pembakaran dapat keluar dengan lancar. Saluran gas buang yang dibuat pada
umumnya terdapat pada bagian atas water heater. Apabila terjadi perbedaan
temperatur, kalor akan berpindah dari temperatur yang tinggi ke temperatur yang
lebih rendah. Perbedaan berat jenis juga mempengaruhi perpindahan panas.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
16
2.1.9. Media Pembakar.
Media pembakar adalah sebuah media atau sarana yang menghasilkan api
atau panas untuk proses pembakaran. Media pembakar mempunyai banyak variasi
yaitu ada yang menggunakan LPG atau minyak tanah sebagai sumber bahan
bakar. Media pembakar dengan bahan bakar LPG memiliki keunggulan yang
lebih dibanding dengan minyak tanah, listrik, dan kayu bakar yaitu pemanasan
yang terjadi cepat serta daya pemanasan LPG lebih besar dibanding yang lainnya.
Media pembakar yang ada di pasaran adalah sebagai berikut :
Dimensi : 580 mm (Panjang) x 340 mm (Lebar) x 125 mm (Tinggi)
Jenis : Low Pressure
Bahan : Besi Tuang
Gambar 2.2 Media pembakar menggunakan bahan bakar LPG.
Contoh spesifikasi media pembakar adalah sebagai berikut :
Dimensi : 570 mm (Panjang) x 315 mm (Lebar) x 168 mm (Tinggi)
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
17
Jenis : High Pressure
Bahan : Besi Tuang
2.1.10. Laju Aliran Kalor
Laju aliran kalor yang diterima air ketika mengalir di dalam pipa dapat
dihitung dengan Persamaan (2.2). Sedangkan untuk menghitung laju aliran massa
air menggunakan Persamaan (2.1)
Gambar 2.3 Aliran fluida dalam saluran air.
airkecepatanpenampangluasjenismassamair
airm mur 2 …(2.1)
…(2.2)
Pada Persamaan (2.1) dan (2.2)
airq : laju aliran kalor yang diterima air, watt
: laju aliran massa air, kg/detik
airc : kalor jenis air, 4179 J/kgoC.
Tin : suhu air masuk water heater, oC
Tout : suhu air keluar water heater, oC.
mu : kecepatan rata-rata fluida mengalir, m /detik
: massa jenis fluida yang mengalir, kg/ 3m
qair = ṁair Cair (Tout – Tin)
ṁair
Um mair Cair
Air masuk
Tin Tout
Air keluar d
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
18
d : diameter saluran, m
Laju aliran kalor yang diberikan gas dapat dihitung dengan Persamaan (2.3)
gasq = gasgasCm …(2.3)
Pada Persamaan (2.3) :
gasm : massa gas elpiji yang terpakai (kg/s)
gasC : nilai kalor gas elpiji (11900 kkal/kg), (1kkal = 4186,6 J)
2.1.11. Efisiensi Water Heater
Efisiensi Water Heater dapat dihitung dengan Persamaan (2.4)
%100xq
q
gas
air …(2.4)
Pada Persamaan (2.4) :
: Efisiensi water heater (%)
airq : Laju aliran kalor yang diterima air, watt
gasq : Laju aliran kalor yang diberikan gas, watt
2.2. Water Heater yang Beredar di Pasaran
Saat ini banyak jenis water heater yang beredar di pasaran. Banyak water
heater yang ditawarkan dari model bentuk, debit air, suhu yang dihasilkan dan
bahan bakar yang digunakan. Referensi pembuatan water heater dengan bahan
bakar gas LPG pada penelitian ini mengacu pada beberapa water heater yang
beredar di pasaran.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
19
2.2.1. Model Water Heater yang di Jual Bebas
Saat ini banyak water heater yang dijual bebas dengan berbagai macam
model dan bentuk. Ada 4 contoh water heater yang akan dibahas, yang memiliki
cara kerja yang berbeda-beda.
a. Water heater tipe 1
Water Heater tipe 1 ini proses pemanasan airnya dilakukan dengan cara
memanaskan saluran pipa air secara langsung dengan api atau gas hasil proses
pembakaran bahan bakar yang bersuhu tinggi.
Gambar 2.4 Water heater tipe 1
Pipa saluran air yang digunakan untuk mengalirkan air ini berada di dalam
tabung, dibuat spiral dan kontak langsung dengan api atau gas buang yang
bersuhu tinggi. Terdapat fan yang berfungsi untuk mengalirkan oksigen dari luar.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
20
Air yang dipanaskan adalah air yang mengalir didalam pipa yang langsung kontak
dengan api atau gas buang yang bersuhu tinggi.
b. Water heater tipe 2
Water heater tipe 2 ini proses pemanasan airnya adalah dengan cara
melilitkan saluran pipa pada tabung yang panas. Tabung bisa menjadi panas
karena adanya proses pembakaran di bagian bawah tabung. Pada tipe ini saluran
pipa air tidak kontak langsung dengan api atau tidak kontak langsung dengan gas
buang. Air yang dipanaskan yaitu air yang mengalir di dalam pipa.
Gambar 2.5 Water Heater tipe 2
Water heater tipe 2 ini proses pemanasan airnya adalah dengan cara
melilitkan saluran pipa pada tabung yang panas. Tabung bisa menjadi panas
karena adanya proses pembakaran di bagian bawah tabung. Pada tipe ini saluran
pipa air tidak kontak langsung dengan api atau tidak kontak langsung dengan gas
buang. Air yang dipanaskan yaitu air yang mengalir di dalam pipa. Pada model ini
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
21
terdapat fan atau kipas yang berfungsi untuk membantu proses pembakaran
dengan cara mengalirkan oksigen yang ada di udara. Pada water heater tipe ini
gas buang hasil pembakaran yang sudah dingin dibuang melalui saluran (flue)
yang berada di atas water heater
c. Water heater tipe 3
Water heater tipe 3 ini mempunyai prinsip kerja sama seperti memasak air
tetapi ada pipa untuk aliran air. Berbeda dengan water heater tipe 2, pada water
heater tipe 3 ini terdapat penampung air. Air dingin mengalir masuk melalui
saluran masuk dan setelah panas, air keluar melalui saluran keluar.
Gambar 2.6 Water heater tipe 3
Gambar 2.6 menunjukkan pipa aliran air masuk berwarna biru sedangkan pipa
aliran keluar berwarna merah. Di dalam penampung air juga terdapat pipa untuk
aliran gas buang (flue). Jika dibandingkan dengan water heater tipe 2, water
heater tipe 3 ini proses awal untuk memanaskan air lebih lama karena air berada
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
22
pada penampung air dengan jumlah yang banyak, sedangkan air pada water
heater tipe 2 air yang dipanaskan lebih sedikit karena berada pada pipa yang
langsung dipanaskan. Pada jenis ini, juga tidak dipergunakan fan seperti halnya
pada tipe 2.
d. Water heater tipe 4
Cara kerja water heater tipe 4 ini hampir sama dengan water heater tipe 3.
Air yang dipanaskan berada di dalam penampung air. Perbedaannya terdapat pada
caranya membuang gas buang yang dipergunakan untuk memanaskan air.
Gambar 2.7 Water heater tipe 4
Pada Gambar 2.7 menunjukkan di dalam saluran gas buang terdapat spiral
yang mengarahkan jalan keluarnya gas buang. Spiral dibuat untuk menghambat
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
23
aliran gas buang, sehingga ini gas buang tidak langsung keluar. Gas buang dibuat
berada lebih lama di dalam saluran, agar semua panas dapat dipindahkan ke pipa
saluran air. Jika dibandingkan dengan water heater tipe 3, suhu keluar gas buang
ketika keluar water heater lebih rendah dan suhu air di dalam saluran pipa
menjadi lebih tinggi. Seperti halnya water heater tipe 3, water heater jenis ini juga
tidak mempergunakan fan.
2.2.2. Spesifikasi Water Weater yang Ada di Pasaran
Spesifikasi water heater yang ada di pasaran dapat diketahui melalui name
plate yang ada di water heater. Beberapa contoh spesifikasi dari water heater
yang ada di pasaran disajikan sesuai dengan aslinya.
a. Water Heater gas LPG tipe 1
Gambar 2.8 Water heater gas LPG tipe 1 ( sumber : http://www.rinnai.co.id/
product-rinnai/hot-water-solution/instant-gas-water-heater)
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
24
Spesifikasi :
Pemasangan : Eksternal/ Internal
Sumber pemanas : Gas LPG
Bahan pipa saluran air : Tembaga
Ignition : Baterai Ukuran D
Fitur Teknis :
Kapasitas : 5 liter / menit
Suhu air keluar : 40 °C
Tekanan air minimal : 0,15 bar
Outlet gas : 0.5 inch
Outlet air dingin : 0,5 inch
Outlet air panas : 0,5 inch
Tekanan gas : Low Pressure, 28 mbar
Konsumsi gas : 0,6 kg/ jam
Suhu maksimum : 50 °celcius
Dimensi Produk :
Panjang : 425 mm
Lebar : 290 mm
Tinggi : 127 mm
Berat : 6,1 kg
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
25
b. Water Heater gas LPG tipe 2
Gambar 2.9 Water heater gas LPG tipe 2 ( sumber : http://www.erabangunan
.com/index.php?index=detail&itemid=1934)
Spesifikasi :
Panjang : 369 mm
Lebar : 290 mm
Tinggi : 138 mm
Pemasangan : Eksternal/ Internal
Berat : 6,1 Kg
Kapasitas air panas : 5 ltr/ mnt
Suhu air keluar : 40 °C
Gas Input : 0, 5 Kg/ h
Ignition : Baterai
Tekanan Gas : 280 mm H2O
Suhu maksimum : 60 oC
Outlet Gas : 0,5 inch
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
26
Outlet Air Dingin : 0,5 inch
Outlet Air Panas : 0,5 inch
Tekanan Air Minimum : 0, 2 kgf/ cm2
Instant Warm System : No
c. Water Heater gas LPG tipe 3
Gambar 2.10 Water heater gas LPG tipe 3 (sumber : http://www.bhinneka.com/
products/sku00712439/modena_rapido_-_gi_6.aspx)
Spesifikasi :
Jenis : Instan
Pemasangan : Vertikal
Sumber pemanas : Gas
Bahan pipa saluran air : Tembaga
Fitur Teknis :
Kapasitas : 6 liter / menit
Suhu air keluar : 40 °C
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
27
Tekanan air maksimum : 0,8 bar
Diameter pipa koneksi : 0,4 inch
Suhu maksimum : 75 °celcius
Kalori : 8600 kcal/h
Input gas : 0.78 kg/h
Dimensi Produk :
Panjang : 300 mm
Lebar : 46 mm
Tinggi : 440 mm
Berat : 13 kg
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
28
BAB III
METODOLOGI PENELITIAN
3.1. Pembuatan Alat
3.1.1. Persiapan Pembuatan Water Heater.
Beberapa hal yang harus dipersiapkan sebelum membuat water heater
antara lain:
a. Merancang model water heater yang akan dibuat.
b. Mempersiapkan bahan yang akan digunakan untuk membuat water heater.
c. Mempersiapkan peralatan yang akan digunakan.
3.1.2. Bahan Untuk Membuat Water Heater.
Bahan-bahan yang akan digunakan untuk membuat water heater adalah:
a. Plat Galvanum
Galvanum digunakan sebagai tutup kerangka dari water heater. Bahan ini
dipilih karena sifatnya yang tahan terhadap suhu yang tinggi dan tidak mudah
berkarat.
Gambar 3.1 Plat galvanum
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
29
b. Pipa tembaga diameter 5 inchi
Pipa tembaga digunakan sebagai saluran air pada water heater. Pipa jenis
ini dipilih karena materialnya memiliki nilai konduktivitas termal yang tinggi
sehingga pipa dapat menghantarkan panas dengan baik. Selain itu pipa tembaga
juga tahan karat dan memiliki titik lebur yang tinggi sehingga pipa tidak akan
mengkontaminasi pada air yang mengalir.
Gambar 3.2 Pipa tembaga berdiameter 0,5 inchi
c. Besi nako dan plat besi strip
Kedua material ini digunakan sebagai bahan untuk membuat kerangka
bagian luar dan dalam water heater. Rangka yang dibuat bertujuan supaya water
heater menjadi kokoh.
Gambar 3.3 Besi nako dan besi strip
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
30
3.1.3. Peralatan yang Digunakan
Peralatan yang akan digunakan untuk membuat water heater adalah:
a. Pemotong plat
Alat ini dugunakan untuk memotong plat galvanum yang akan
digunakan sebagai selimut dari water heater.
Gambar 3.4 Gunting plat
b. Bor tangan
Alat ini digunakan untuk membuat lubang-lubang ventilasi pada selimut
water heater.
Gambar 3.5 Bor tangan
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
31
c. Gerinda
Alat ini digunakan sebagai pemotong bahan dari logam. Alat ini juga
digunakan sebagai penghalus permukaan yang tajam seperti lubang hasil
pengeboran.
Gambar 3.6 Gerinda tangan
d. Pemotong pipa tembaga
Alat ini digunakan untuk memotong pipa tembaga.
Gambar 3.7 Pemotong pipa tembaga
e. Penekuk pipa tembaga
Alat ini digunakan untuk menekuk pipa tembaga agar pipa dapat
berbentuk spiral.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
32
Gambar 3.8 Penekuk pipa
f. Las listrik
Alat ini digunakan untuk menyambung besi strip dan besi nako menjadi
kerangka water heater.
Gambar 3.9 Mesin las listrik
g. Kunci pas
Alat ini digunakan untuk untuk memasang mur dan baut supaya plat
galvanum dapat menempel dengan kerangka water heater.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
33
Gambar 3.10 Kunci pas
h. Meteran
Alat ini digunakan untuk membuat ukuran pada plat galvanum, pipa
tembaga, besi nako, dan besi strip.
Gambar 3.11 Meteran
i. Sketmat/jangka sorong
Alat ini digunakan untuk membuat ukuran yang memiliki toleransi ukuran
kecil.
Gambar 3.12 Jangka sorong
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
34
3.1.4. Proses Pembuatan Water Heater
a. Memotong pipa tembaga
Pada tahap ini pipa tembaga dipotong dengan ukuran panjang 8
meter. Alat pemotong yang digunakan adalah alat kusus untuk memotong
pipa tembaga.
Gambar 3.13 Pemotongan pipa tembaga
b. Membengkokkan pipa tembaga
Pada tahap ini pipa tembaga yang sudah dipotong kemudian
dibengkokkan menggunakan alat pennekuk pipa. Saat proses
pembengkokan menggunakan alat bantu panci agar pipa tidak berubah
bentuk.
Gambar 3.14 Pembengkokan pipa tembaga
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
35
c. Membuat kerangka water heater
Pada tahap ini besi nako dan besi strip dipotong dan dibentuk
sesuai dengan sketsa yang sudah ditentukan, kemudian kedua material ini
disatukan menggunakan las listrik. Pembuatan rangka ini dimaksudkan
agar konstruksi water heater menjadi kokoh.
Gambar 3.15 Pembuatan rangka water heater
d. Pemotongan plat dan pembuatan lubang udara
Pada tahap ini plat galvanum di potong persegi panjang 95cm x
30cm untuk bagian selimut. Untuk bagian tutup, galvanum di potong
menjadi bentuk lingkaran dengan keliling 95cm. Untuk ventilasi dibuat
menggunakan bor ukuran diameter 10mm.
Gambar 3.16 Pemotongan plat galvanum dan pembuatan lubang udara
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
36
e. Langkah akhir
Pada tahap ini rangka water heater yang sudah dibentuk kemudian
di pasangi dengan plat galvanum yang sudah dipotong dan di lubangi.
Untuk menyatukan plat dan kerangka menggunakan mur dan baut,
penggunaan material ini dimaksudkan agar material pengunci tidak
meleleh saat water heater sedang digunakan khusunya pada saat
temperatur tinggi.
3.2. Metodologi Penelitian
3.2.1. Objek yang Diuji
Objek yang diuji adalah water heater dengan ukuran tinggi 30 cm dan
berdiameter 30 cm yang menggunakan pipa tembaga dengan panjang 8 meter dan
berdiameter 0.5 inchi. Gambar 3.17 memperlihatkan pipa tembaga yang sudah
dirol tampak dari samping. Gambar 3.18 memperlihatkan water heater tampak
dari bawah. Gambar 3.19 memperlihatkan gambar rancangan water heater. Water
heater yang digunakan dalam penelitian berjumlah dua buah. Kedua water heater
disusun secara seri.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
37
Gambar 3.17 Pipa tembaga yang sudah di roll
Gambar 3.18 Water heater tampak bawah
150 mm
220 m
m
180 mm
90 mm
300 m
m
220 m
m
Ø 0
,5 ”
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
38
Gambar 3.19 Rancangan water heater
3.2.2. Skematik Penelitian
Skematik pengujian alat ditunjukkan pada Gambar 3.20
Gambar 3.20 Skema penelitian water heater
300 mm
300 m
m
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
39
Dalam pengujian ini air akan mengalami dua kali pemanasan, pemanasan
yang pertama terjadi pada water heater pertama dan pemanasan kedua terjadi
water heater kedua. Air yang keluar dari kran akan melewati 2 water heater,
kemudian air yang mengalir mengalami kenaikan suhu karena air menyerap panas
dari pembakaran gas LPG. Ketika air mengalir keluar dari water heater maka
suhu diukur menggunakan termokopel.
3.2.3. Alat Bantu Penelitian
Peralatan pendukung yang digunakan pada penelitian water heater gas
LPG antara lain:
a. APPA dan termokopel digunakan untuk mengukur suhu air yang
dihasilkan oleh water heater.
b. Kran air digunakan sebagai pengatur debit air yang masuk water heater.
c. Kompor gas dan gas LPG digunakan sebagai pengatur dan sumber panas.
d. Timbangan digital digunakan untuk mengukur massa gas dan volume air
yang dihasilkan water heater.
e. Selang air digunakan sebagai media untuk mengalirkan air dari kran
menuju water heater.
f. Stopwatch digunakan untuk mengukur waktu.
g. Klem untuk merapatkan sambungan selang.
h. Ember digunakan untuk menampung air yang keluar dari water heater.
i. Kalkulator digunakan untuk menghitung data yang didapat
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
40
3.2.4. Diagram Alur Penelitian
Pelaksanaan penelitian ini mengacu pada alur penelitian seperti tersaji
pada Gambar 3.21.
Gambar 3.21 Diagram Alur Penelitian.
Mempersiapkan komponen dan bahan
Pembuatan water heater
Uji coba water heater
Variasi penelitian
Pengambilan data
Melanjutkan variasi
Pengolahan data dan pembahasan
Membuat kesimpulan dan saran
Selesai
Mulai
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
41
3.2.5. Variasi Penelitian
Variasi yang dilakukan dalam penelitian ini adalah terhadap tekanan gas
yang digunakan ada 2 macam yaitu high pressure, dan low pressure dengan debit
air yang juga divariasikan.
3.2.6. Cara Mendapatkan Data
Data debit air diperoleh dengan mengukur volume air yang mengalir ke
ember dalam selang waktu yang diukur dengan stopwatch. Banyaknya air yang
mengalir setiap menit dicatat setiap ada perubahan debit. Pengukuran suhu air
dilakukan dengan memasang APPA pada sisi air keluar water heater. Suhu air
dicatat setiap ada perubahan debit air. Laju aliran massa gas LPG dapat diperoleh
dengan mengukur massa gas yang mengalir tanpa ada beban pembakaran dalam
selang waktu yang diukur dengan stopwatch. Laju aliran gas menggunakan
kondisi gas maksimum, medium, dan low yang masing – masing diukur setiap 10
menit dengan mengunakan stopwatch. Setelah 10 menit gas dimatikan dan tabung
LPG diukur beratnya dengan menggunakan timbangan.
3.2.7. Cara Mengolah Data
Dari data-data yang diperoleh, maka data tersebut dapat diolah. Data -
data kemudian digunakan untuk mengetahui :
a. Hubungan antara debit air dengan suhu air yang keluar dari water heater.
b. Hubungan antara debit air dengan laju aliran kalor yang diterima air water
heater.
c. Hubungan antara debit air dengan efisiensi water heater.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
42
d. Perbandingan data water heater rangkaian seri dan water heater tunggal.
Untuk memudahkan pembahasan, data-data disajikan dalam bentuk grafik.
3.2.8. Cara Mendapatkan Kesimpulan dan Saran
Kesimpulan didapat dari hasil pengolahan data-data hasil penelitian.
Kesimpulan juga dibuat untuk menjawab tujuan dari penelitian yang telah
dilakukan. Saran diberikan agar pelaksanaan penelitian lanjut dengan topik sejenis
dapat menjadi lebih baik.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
43
BAB IV
HASIL PENGUJIAN, PERHITUNGAN DATA DAN PEMBAHASAN
4.1. Hasil pengujian
Hasil pengujian water heater dengan panjang pipa 8 meter berdiameter 0,5
inci yang disusun secara seri, antara lain: berat awal gas, berat akhir gas, selang
waktu, suhu air masuk (Tin), dan suhu air keluar (Tout) ditunjukkan pada Tabel 4.1
sampai dengan Tabel 4.12. Pengujian dilakukan dengan menggunakan beberapa
variasi tekanan gas. Variasi tekanan gas yang digunakan adalah kondisi minimum
(low pressure), kondisi medium (medium pressure), dan kondisi maksimum (high
pressure).
Gambar 4.1 Skematik water heater rangkaian seri
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
44
Tabel 4.1 Hasil pembakaran gas pada water heater rangkaian seri (dua tungku).
No Berat awal gas
(kg)
Berat akhir gas
(kg)
Waktu
(menit) Kondisi gas
1 21,05 20,76 10 Minimum
2 20,35 19,89 10 Maksimum
Gambar 4.2 Skematik water heater Tunggal
Tabel 4.2 Hasil pembakaran gas pada water heater tunggal (satu tungku).
No Berat awal gas
(kg)
Berat akhir gas
(kg)
Waktu
(menit) Kondisi gas
1 19,89 19,76 10 Minimum
2 19,54 19,26 10 Maksimum
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
45
Tabel 4.3 Hasil pengujian water heater rangkaian seri gas minimum (low
pressure).
No Debit air
(liter/menit)
Suhu air masuk
Tin (°C)
Suhu air keluar
Tout (°C) ∆T (°C)
1 17,68 27,4 34,8 7,4
2 12,84 27,4 37,4 10,0
3 9,90 27,4 41,0 13,6
4 7,70 27,4 44,8 17,4
5 5,68 27,4 47,3 19,9
6 4,56 27,4 56,8 29,4
7 3,40 27,4 65,1 37,7
8 2,86 27,4 71,3 43,9
9 2,36 27,4 82,0 54,6
10 1,76 27,4 98,4 71,0
Tabel 4.4 Hasil pengujian water heater rangkaian seri gas maksimum (high
pressure).
No Debit air
(liter/menit)
Suhu air masuk
Tin (°C)
Suhu air keluar
Tout (°C) ∆T (°C)
1 29,00 27,4 34,3 6,9
2 20,60 27,4 36,8 9,4
3 16,74 27,4 41,4 14,0
4 14,36 27,4 44,0 16,6
5 12,84 27,4 46,2 18,8
6 8,72 27,4 54,2 26,8
7 5,76 27,4 66,5 39,1
8 4,12 27,4 75,2 47,8
9 3,48 27,4 84,4 57,0
10 2,60 27,4 95,3 67,9
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
46
Tabel 4.5 Hasil pengujian water heater tunggal gas minimum (low pressure).
No Debit air
(liter/menit)
Suhu air masuk
Tin (°C)
Suhu air keluar
Tout (°C) ∆T (°C)
1 10,60 27,4 32,3 4,9
2 7,20 27,4 36,0 8,6
3 4,72 27,4 40,9 13,5
4 3,84 27,4 43,8 16,4
5 3,08 27,4 46,6 19,2
6 2,08 27,4 55,3 27,9
7 1,56 27,4 65,3 37,9
8 1,28 27,4 71,0 43,6
9 1,08 27,4 83,1 55,7
10 0,92 27,4 92,3 64,9
Tabel 4.6 Hasil pengujian water heater tunggal gas maksimum (high pressure).
No Debit air
(liter/menit)
Suhu air masuk
Tin (°C)
Suhu air keluar
Tout (°C) ∆T (°C)
1 15,94 27,4 34,0 6,6
2 11,26 27,4 37,1 9,7
3 8,90 27,4 41,1 13,7
4 7,08 27,4 43,5 16,1
5 5,92 27,4 40,1 18,7
6 4,78 27,4 53,0 25,6
7 2,80 27,4 65,0 37,6
8 2,08 27,4 76,1 48,7
9 1,50 27,4 86,8 59,4
10 1,32 27,4 93,8 66,4
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
47
4.2. Perhitungan
Perhitungan kecepatan air rata rata Um, laju aliran massa air ṁair, dan laju
aliran kalor q yang diserap air dilakukan dengan menggunakan data-data yang
tersaji pada Tabel 4.1 sampai Tabel 4.8. Data lain yang dipergunakan adalah :
Massa jenis air (ρ) = 1000 kg/m3
Kalor jenis air (Cp) = 4179 J/(kgoC)
Diameter pipa saluran (d) = 0,5 inci = 0,0127 m
Kapasitas panas gas (Cgas) = 11900 kkal/kg
= (11900 x 4186,6 J/kg)
*Nb : 1 kkal/kg = 4186,6 J/kg
Tabel 4.7 Hasil pengujian gas menggunakan dua tungku pada tekanan maksimum,
medium, dan minimum (water heater rangkaian seri).
No Berat awal
gas (kg)
Berat akhir
gas (kg)
Waktu
(menit)
Laju aliran gas
(kg/menit) Kondisi gas
1 21,05 20,76 10 0,029 Minimum
2 20,35 19,89 10 0,046 Maksimum
Tabel 4.8 Hasil pengujian gas menggunakan satu tungku pada tekanan
maksimum, medium, dan minimum (water heater tunggal).
No Berat awal
gas (kg)
Berat akhir
gas (kg)
Waktu
(menit)
Laju aliran gas
(kg/menit) Kondisi gas
1 19,89 19,76 10 0,013 Minimum
2 19,54 19,26 10 0,028 Maksimum
4.2.1. Perhitungan aliran kalor yang diberikan gas LPG
Perhitungan laju aliran kalor yang diberikan oleh gas di luar saluran pipa
mempergunakan Persamaan (2.3)
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
48
…(2.3)
kg/detik
J/kg
*Nb : 1J/s = 1 watt
a. Perhitungan laju aliran kalor yang diberikan gas LPG pada kondisi gas
minimum
1. Laju aliran kalor yang diberikan water heater seri
= {(0,029 kg/60 detik) x (11900 x 4186,6 J/kg)}
= 24450,63 W
= 24,45 kW
2. Laju aliran kalor yang diberikan water heater tunggal
= {(0,013 kg/60 detik) x (11900 x 4186,6 J/kg)}
= 10774,86 W
= 10,77 kW
b. Perhitungan laju aliran kalor yang diberikan gas LPG pada kondisi gas
maksimum
1. Laju aliran kalor yang diberikan pada water heater rangkaian seri
= {(0,046 kg/60 detik) x (11900 x 4186,6 J/kg)}
= 38126,41 W
= 38,13 kW
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
49
2. Laju aliran kalor yang diberikan pada water heater tunggal
= {(0,028 kg/60detik) x (11900 x 4186,6 J/kg)}
= 23207,38 W
= 23,21 kW
4.2.2. Perhitungan Kecepatan air rata-rata (Um )
Perhitungan kecepatan air rata rata Um yang mengalir di dalam saluran pipa
air tembaga berukuran 0,5 inci mempergunakan Persamaan (5.1)
…(5.1)
a. Perhitungan Kecepatan air rata-rata (Um ) pada kondisi gas minimum
1. Kecepatan air rata-rata water heater rangkaian seri
Contoh perhitungan, diambil data-data hasil pengujian saat debit aliran air
sebesar 17,68 liter/menit. Satuan debit air dikonversi kedalam satuan m3/s.
Kecepatan air rata rata :
2. Kecepatan air rata-rata water heater tunggal
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
50
Contoh perhitungan, diambil data-data hasil pengujian saat debit aliran air
sebesar 10,6 liter/menit. Satuan debit air dikonversi kedalam satuan m3/s.
Kecepatan air rata rata :
b. Perhitungan kecepatan air rata-rata (Um ) pada kondisi gas maksimum
1. Kecepatan air rata-rata water heater rangkaian seri
Contoh perhitungan, diambil data-data hasil pengujian saat debit aliran air
sebesar 29 liter/menit. Satuan debit air dikonversi kedalam satuan m3/s.
Kecepatan air rata rata :
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
51
2. Kecepatan air rata-rata water heater tunggal
Contoh perhitungan, diambil data-data hasil pengujian saat debit aliran air
sebesar 15.94 liter/menit. Satuan debit air dikonversi kedalam satuan m3/s.
Kecepatan air rata rata :
4.2.3. Perhitungan laju aliran massa air (ṁair)
Perhitungan laju aliran massa air ṁair di dalam saluran pipa air
menggunakan Persamaan (2.1)
...(2.1)
= Massa jenis (kg/ )
= Luas penampang ( )
= Kecepatan air (m/detik)
a. Perhitungan laju aliran massa air pada kondisi gas minimum
1. Laju aliran massa air pada water heater rangkaian seri
=(10000)(3,14x(0,00635²))(2,327) kg/s
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
52
= 0,295 kg/s
2. Laju aliran massa air (ṁair) pada water heater tunggal
=(10000)(3,14x(0,00635²))(1,395) kg/s
= 0,177 kg/s
b. Perhitungan laju aliran massa air pada kondisi gas maksimum
1. Laju aliran massa air pada water heater rangkaian seri
=(10000)(3,14x(0,00635²))(3,187) kg/s
= 0,483 kg/s
2. Laju aliran massa air pada water heater tunggal
=(10000)(3,14x(0,00635²))(2,098) kg/s
= 0,266 kg/s
4.2.4. Perhitungan laju aliran kalor yang diterima air
Perhitungan laju aliran kalor yang diserap oleh air di dalam saluran pipa
mempergunakan Persamaan (2.2)
...(2.2)
= Laju aliran massa (kg/detik)
= Kalor jenis air (J/kg °C)
= Suhu air keluar (°C)
= Suhu air masuk (°C)
*Nb : 1 watt = J/s
a. Perhitungan laju aliran kalor yang diterima air pada kondisi gas
minimum
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
53
1. Perhitungan pada kondisi gas minimum water heater rangkaian seri
= (0,295)(4179)(34,8-27,4)
= 9112,449 W
= 9,11 kW
2. Perhitungan pada kondisi gas minimum water heater tunggal
= (0,188)(4179)(32,3-27,4)
= 3617,62 W
= 3,62 kW
b. Perhitungan laju aliran kalor yang diterima air pada kondisi gas
maksimum
1. Perhitungan pada kondisi gas maksimum water heater rangkaian seri
= (0,483)(4179)(34,3-24,7)
= 13936,965 W
= 13,94 kW
2. Perhitungan pada kondisi gas maksimum water heater tunggal
= (0,266)(4179)(34-27,4)
= 7327, 46 W
= 7,33 kW
4.2.5. Efisiensi Water Heater
Perhitungan Efisiensi water heater menggunakan Persamaan (2.4)
…(2.4)
a. Efisiensi Water Heater pada tekanan gas minimum
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
54
1. Efisiensi water heater rangkaian seri gas minimum
= 37,27 %
2. Efisiensi water heater tunggal gas minimum
= 33,57 %
b. Efisiensi Water Heater pada tekanan gas maksimum
1. Efisiensi water heater rangkaian seri gas maksimum
= 36,55 %
2. Efisiensi water heater tunggal gas maksimum
= 31,57 %
4.3. Hasil Perhitungan pengujian pada water heater
Perhitungan dari pengujian water heater rangkaian seri tersaji pada Tabel
4.9 dan Tabel 4.10. Untuk perhitungan dari pengujian water heater tunggal tersaji
pada Tabel 4.11, Tabel 4.12.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
55
Tabel 4.9 Hasil perhitungan water heater rangkaian seri kondisi gas minimum.
No Debit air
(liter/menit) Tin
(°C)
Tout
(°C)
ΔT
(°C)
mair
(kg/s)
Um
(m/s)
qair
(kW)
qgas
(kW)
(%)
1 17,68 27,4 34,8 7,4 0,295 2,32 9,11 24,45 37,26
2 12,84 27,4 37,4 10,0 0.214 1,69 8,94 24,45 36,57
3 9,90 27,4 41,0 13,6 0,165 1,30 9,37 24,45 38,35
4 7,70 27,4 44,8 17,4 0,128 1,01 9,33 24,45 38,16
5 5,68 27,4 47,3 19,9 0,095 0,74 7,87 24,45 32,19
6 4,56 27,4 56,8 29,4 0,076 0,60 9,34 24,45 38,19
7 3,40 27,4 65,1 37,7 0,057 0,44 8,93 24,45 36,51
8 2,86 27,4 71,3 43,9 0,048 0,37 8,74 24,45 35,76
9 2,36 27,4 82,0 54,6 0,039 0,31 8,97 24,45 36,70
10 1,76 27,4 98,4 71,0 0,029 0,23 8,70 24,45 35,59
Tabel 4.10 Hasil perhitungan water heater rangkaian seri kondisi gas maksimum.
No Debit air
(liter/menit)
Tin
(°C)
Tout
(°C)
ΔT
(°C)
mair
(kg/s)
Um
(m/s)
qair
(kW)
qgas
(kW)
(%)
1 29,00 27,4 34,3 6,9 0,483 3,81 13,93 38,13 36,55
2 20,60 27,4 36,8 9,4 0,343 2,71 13,48 38,13 35,37
3 16,74 27,4 41,4 14,0 0,279 2,20 16,32 38,13 42,81
4 14,36 27,4 44,0 16,6 0,239 1,89 16,60 38,13 43,54
5 12,84 27,4 46,2 18,8 0,214 1,69 16,81 38,13 44,09
6 8,72 27,4 54,2 26,8 0,145 1,14 16,27 38,13 42,69
7 5,76 27,4 66,5 39,1 0,096 0,75 15,68 38,13 41,14
8 4,12 27,4 75,2 47,8 0,069 0,54 13,71 38,13 35,97
9 3,48 27,4 84,4 57,0 0,058 0,45 13,81 38,13 36,23
10 2,50 27,4 95,3 67,9 0,042 0,32 11,82 38,13 31,01
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
56
Tabel 4.11 Hasil perhitungan water heater tunggal kondisi gas minimum.
No Debit air
(liter/menit) Tin
(°C)
Tout
(°C)
ΔT
(°C) mair
(kg/s)
Um
(m/s)
qair
(kW)
qgas
(kW)
(%)
1 10,60 27,4 32,3 4,9 0,177 1,39 3,62 10,77 33,57
2 7,20 27,4 36,0 8,6 0,120 0,94 4,31 10,77 40,02
3 4,72 27,4 40,9 13,5 0,079 0,62 4,44 10,77 41,19
4 3,84 27,4 43,8 16,4 0,064 0,50 4,38 10,77 40,71
5 3,08 27,4 46,6 19,2 0,051 0,40 4,12 10,77 38,22
6 2,08 27,4 55,3 27,9 0,035 0,27 4,04 10,77 37,51
7 1,56 27,4 65,3 37,9 0,026 0,20 4,12 10,77 38,22
8 1,28 27,4 71,0 43,6 0,021 0,16 3,88 10,77 36,07
9 1,08 27,4 83,1 55,7 0,018 0,14 4,19 10,77 38,88
10 0,92 27,40 92,3 64,9 0,015 0,12 4,16 10,77 38,59
Tabel 4.12 Hasil perhitungan water heater tunggal kondisi gas maksimum.
No Debit air
(liter/menit) Tin
(°C)
Tout (°C)
ΔT
(°C)
mair
(kg/s)
Um
(m/s)
qair
(kW)
qgas (kW)
(%)
1 15,94 27,4 34.0 6,6 0,266 2,09 7,32 23,21 31,57
2 11,26 27,4 37,1 9,7 0,188 1,48 7,60 23,21 32,78
3 8,90 27,4 41,1 13,7 0,148 1,17 8,49 23,21 36,59
4 7,08 27,4 43,5 16,1 0,118 0,93 7,94 23,21 34,21
5 5,92 27,4 46,1 18,7 0,099 0,77 7,71 23,21 33,22
6 4,78 27,4 53,0 25,6 0,080 0,62 8,52 23,21 36,72
7 2,80 27,4 65,0 37,6 0,047 0,36 7,33 23,21 31,59
8 2,08 27,4 76,1 48,7 0,035 0,27 7,05 23,21 30,40
9 1,50 27,4 86,8 59,4 0,025 0,19 6,20 23,21 26,74
10 1,32 27,4 93,8 66,4 0,022 0,17 6,10 23,21 26,30
Pada Tabel 4.9 dan Tabel 4.12 menampilkan hubungan debit air dengan
suhu air pada water heater yang keluar dalam bentuk grafik pada Gambar 4.3
sampai Gambar 4.6. Hubungan antara debit air dengan laju aliran kalor water
heater ditampilkan dalam bentuk grafik pada Gambar 4.7 sampai Gambar 4.10.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
57
Hubungan antara debit air dengan efisiensi ditampilkan dalam bentuk grafik pada
Gambar 4.11 sampai Gambar 4.14.
Gambar 4.3, Gambar 4.4, Gambar 4.7, Gambar 4.8, Gambar 4.11, dan
Gambar 4.12 dihasilkan water heater pada kondisi penggunaan gas minimum.
Gambar 4.5, Gambar 4.6, Gambar 4.9, Gambar 4.10, Gambar, Gambar 4.13, dan
Gambar 4.14 dihasilkan water heater pada kondisi penggunaan gas maksimum.
Gambar 4.3 Hubungan debit air dengan suhu air keluar pada water heater
rangkaian seri (kondisi gas minimum, mgas low = 0,029 kg/menit)
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18
Su
hu
Air
Kel
uar
( °
C)
Debit Air (liter/menit)
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
58
Gambar 4.4 Hubungan debit air dengan suhu air keluar pada water heater tunggal
(kondisi gas minimum, mgas low = 0,013 kg/menit)
Gambar 4.5 Hubungan debit air dengan suhu air keluar pada water heater
rangkaian seri (kondisi gas maksimum, mgas max = 0,046 kg/menit)
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
Su
hu
Air
Kel
uar
( °
C)
Debit Air (liter/menit)
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0 3 6 9 12 15 18 21 24 27 30
Su
hu
Air
Kel
uar
( °
C)
Debit Air (liter/menit)
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
59
Gambar 4.6 Hubungan debit air dengan suhu air keluar pada water heater tunggal
(kondisi gas maksimum, mgas max = 0,028 kg/menit)
Gambar 4.7 Hubungan debit air dengan laju aliran kalor keluar pada water heater
rangkaian seri yang diterima air (kondisi gas minimum, mgas low =
0,029 kg/menit)
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
0 2 4 6 8 10 12 14 16
Su
hu
Air
Kel
uar
( °
C)
Debit Air (liter/menit)
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26
Laju
ali
ran
kalo
r (k
W)
Debit Air (liter/Menit)
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
60
Gambar 4.8 Hubungan debit air dengan laju aliran kalor keluar pada water heater
tunggal yang diterima air (kondisi gas minimum, mgas low =
0,013 kg/menit)
Gambar 4.9 Hubungan debit air dengan laju aliran kalor keluar pada water heater
rangkaian seri yang diterima air (kondisi gas maksimum, mgas max =
0,046 kg/menit)
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
La
ju a
lira
n k
alo
r (k
W)
Debit Air (liter/Menit)
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
0 3 6 9 12 15 18 21 24 27 30
Laju
ali
ran
kalo
r (k
W)
Debit Air (liter/Menit)
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
61
Gambar 4.10 Hubungan debit air dengan laju aliran kalor keluar pada water
heater tunggal yang diterima air (kondisi gas maksimum,
mgas max = 0,028 kg/menit)
Gambar 4.11 Hubungan debit air dengan efisiensi water heater rangkaian seri
(kondisi gas minimum, , mgas low = 0,029 kg/menit)
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
0 2 4 6 8 10 12 14 16
Laju
ali
ran
kalo
r (k
W)
Debit Air (liter/Menit)
0
10
20
30
40
50
60
70
80
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26
Efi
sien
si (
%)
Debit Air (liter/Menit)
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
62
Gambar 4.12 Hubungan debit air dengan efisiensi water heater tunggal (kondisi
gas minimum, , mgas low = 0,029 kg/menit)
Gambar 4.13 Hubungan debit air dengan efisiensi water heater rangkaian seri
(kondisi gas maksimum, , mgas max = 0,046 kg/menit)
0
10
20
30
40
50
60
70
80
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
Efi
sien
si (
%)
Debit Air (liter/Menit)
0
10
20
30
40
50
60
70
80
0 3 6 9 12 15 18 21 24 27 30
Efi
sien
si (
%)
Debit Air (liter/Menit)
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
63
Gambar 4.14 Hubungan debit air dengan efisiensi water heater tunggal (kondisi
gas maksimum, , mgas max = 0,028 kg/menit)
4.4. Pembahasan
4.4.1. Pembahasan hasil penelitian water heater rangkaian seri
Dari hasil penelitian dan juga perhitungan yang sudah dilakukan, water
heater rangkaian seri dapat menghasilkan suhu berkisar antara 34,3 o
C – 98,4 o
C
dengan kapasitas 1,76 liter/menit - 29 liter/menit, dan untuk water heater tunggal
dapat menghasilkan suhu berkisar 32,3 o
C - 93,8 o
C dengan kapasitas 0,92
liter/menit - 15,94 liter/menit. Dengan hasil ini maka dapat disimpulkan bahwa
rancangan water heater rangkaian seri dengan tekanan gas maksimum dan
minimum dapat bersaing dengan water heater yang beredar di pasaran. Water
heater yang dibuat pada debit 9,9 liter/menit dengan kondisi gas minimum
mampu menghasilkan suhu air keluar sebesar 41 oC dan pada kondisi gas
maksimum mampu menghasilkan suhu air keluar sebesar 41,4oC dengan debit
16,74 liter/menit. Water heater yang ada di pasaran sendiri hanya mampu
0
10
20
30
40
50
60
70
80
0 2 4 6 8 10 12 14 16
Efi
sien
si (
%)
Debit Air (liter/Menit)
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
64
menghasilkan rata-rata suhu sebesar 41 °C dengan debit sebesar 5 - 6 liter/menit.
Dari spesifikasi yang ada pada water heater di pasaran, maka pada kondisi gas
minimum dan maksimum water heater rangkaian seri yang dibuat hasilnya masih
diatas dari water heater yang ada di pasaran. Keuntungan water heater yang
dibuat dengan water heater yang ada di pasaran yaitu water heater yang dibuat
pemakaiannya pun lebih luas seperti untuk keperluan produksi, misalnya air panas
yang digunakan untuk mencabut bulu ayam pada tempat pemotongan ayam.
Selain itu water heater yang dibuat perawatannya pun lebih praktis daripada water
heater yang ada di pasaran. Water heater rangkaian seri yang dibuat pada kondisi
minimum memerlukan konsumsi gas 0,029 kg/menit dan untuk kondisi
maksimum memerlukan konsumsi gas 0,046 kg/menit. Sedangkan water heater
yang ada di pasaran memerlukan konsumsi gas 0,0083 kg/menit – 0,013 kg/menit.
Dari Gambar 4.3 didapatkan informasi bahwa debit air berpengaruh
terhadap tinggi rendahnya suhu air keluar dari water heater. Semakin kecil debit
air yang masuk ke water heater maka temperatur air yang keluar semakin tinggi,
sebaliknya jika debit air yang masuk ke water heater semakin tinggi maka
temperatur air yang keluar semakin rendah. Hal ini dapat dijelaskan sebagai
berikut, jika debit air rendah maka volume air persatuan waktu yang dipindahkan
kecil. Jika kalor yang dialirkan oleh bahan bakar gas LPG dipertahankan tetap
besar, maka kalor tersebut menjadikan perbedaan suhu antara air masuk dengan
air keluar besar. Hubungan antara debit air dengan suhu keluar water heater
rangkaian seri dinyatakan sebagai berikut :
Pada kondisi gas minimum (mgas low = 0,029 kg/menit) :
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
65
Hubungan antara debit air dengan suhu keluar water heater pada kondisi gas
minimum adalah debit air berbanding terbalik dengan suhu keluar water heater.
Pada kondisi gas maksimum (mgas max = 0,046 kg/menit) :
Hubungan antara debit air dengan suhu keluar water heater pada kondisi gas
maksimum adalah debit air berbanding terbalik dengan suhu keluar water heater.
Dari Gambar 4.4 didapatkan infomasi besar debit air berpengaruh terhadap
besar laju aliran kalor yang diterima air. Untuk water heater yang dibuat
hubungan antara debit air dengan laju aliran kalor yang diterima air dapat
dinyatakan sebagai berikut :
Pada kondisi gas minimum (mgas low = 0,029 kg/menit) :
Hubungan antara debit air dengan laju aliran kalor yang diterima air pada kondisi
gas maksimum adalah debit air berbanding lurus dengan laju aliran kalor yang
diterima air.
Pada kondisi gas maksimum (mgas max = 0,046 kg/menit) :
Hubungan antara debit air dengan laju aliran kalor yang diterima air pada kondisi
gas medium adalah debit air berbanding lurus dengan laju aliran kalor yang
diterima air.
Nilai efisiensi terbesar sebesar 44,09 % terdapat pada kondisi water heater
rangkaian seri dalam keadaan kondisi gas maksimum karena dapat menyerap
kalor lebih banyak. Nilai efisiensi water heater yang dibuat pada kondisi
maksimum dan minimum masih diatas dari efisiensi alat masak yang
menggunakan bahan bakar kayu bakar, arang , minyak tanah, gas kota, LPG, dan
listrik. Sedangkan untuk kondisi low, efisiensinya masih di bawah dari efisiensi
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
66
alat masak dengan bahan bahan bakar gas kota, LPG, dan listrik. Nilai efisiensi
water heater tidak dapat 100 % karena kalor yang dihasilkan dari pembakar ada
yang terbuang ke udara luar melalui lubang pada bagian penutup water heater dan
sebagian diserap oleh tabung water heater (suhu gas buang masih tinggi).
Sebagian hilang karena konveksi dan radiasi tabung-tabung water heater ke udara
di sekitar water heater.
4.4.2. Perbandingan water heater rangkaian seri dan water heater tunggal
Pada Gambar 4.15 dan 4.16 menampilkan hubungan antara debit aliran air
dengan suhu air keluar (Tout) menggunakan dua variasi tekanan gas minimum dan
maksimum pada water heater rangkaian seri dan water heater tunggal. Gambar
4.17 dan 4.18 menampilkan grafik untuk hubungan antara debit aliran dan laju
aliran kalor dengan menggunakan variasi tekanan gas minimum dan maksimum
pada water heater rangkaian seri dan water heater tunggal. Gambar 4.19 dan 4.20
menampilkan grafik hubungan antara debit air dan efisiensi menggunakan variasi
tekanan gas minimum dan maksimum pada water heater rangkaian seri dan water
heater tunggal.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
67
Gambar 4.15 Perbandingan debit air dengan suhu air keluar (Tout) pada kondisi
gas minimum water heater rangkaian seri dan tunggal.
Dari Gambar 4.15 dapat disimpulkan bahwa dari variasi water heater
tunggal suhu tertinggi yang dapat dihasilkan yaitu sebesar 92.3 ºC pada debit
aliran air sebesar 0,92 liter/menit. Pada variasi water heater rangkaian seri nilai
suhu air tertinggi yang dihasilkan sebesar 98,4 ºC pada debit aliran air 1,76
liter/menit.
Untuk suhu keluaran water heater sebesar 38 – 41 °C besar debit water
heater rangkaian seri terletak pada nilai 9,9 liter/menit sampai dengan 12,9
liter/menit. Sedangkan untuk water heater tunggal besar debit airnya terletak pada
nilai 5 liter/menit sampai dengan 6, 3liter/menit. Jika dibandingkan dengan water
heater yang ada di pasaran, hasil ini sudah memenuhi target penelitian.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
68
Gambar 4.16 Perbandingan debit air dengan suhu air keluar (Tout) pada kondisi
gas maksimum water heater rangkaian seri dan tunggal.
Dari Gambar 4.16 dapat disimpulkan bahwa dari variasi water heater
tunggal suhu tertinggi yang dapat dihasilkan yaitu sebesar 93.8 ºC pada debit
aliran air sebesar 1,32 liter/menit. Pada variasi water heater rangkaian seri nilai
suhu air tertinggi yang dihasilkan sebesar 95,3 ºC pada debit aliran air 2,5
liter/menit.
Untuk kondisi gas maksimum, suhu keluaran water heater sebesar 38 ºC –
41 ºC besar debit air untuk rangkaian seri, terletak pada nilai 16,9 liter/menit
sampai dengan 20,7 liter/menit. Sedangkan untuk water heater tunggal terletak
pada nilai 8,6 liter/menit sampai dengan 10,8 liter/menit. Apabila akan di produksi
secara massal sudah memenuhi kriteria water heater yang ada di pasaran yang
memiliki suhu air keluaran antara 38 – 41 °C.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
69
Gambar 4.17 Perbandingan debit air dengan laju aliran kalor pada kondisi gas
minimum water heater rangkaian seri dan tunggal.
Dari Gambar 4.17 dapat disimpulkan bahwa dari variasi water heater
tunggal laju aliran kalor tertinggi yang didapatkan yaitu sebesar 4,44 kW pada
debit aliran air sebesar 4,72 liter/menit. Pada variasi water heater rangkaian seri
nilai laju aliran kalor tertinggi yang didapatkan sebesar 9,34 kW pada debit aliran
air 4,56 liter/menit.
Untuk water heater rangkaian seri tekanan gas minimum, laju aliran kalor
yang dihasilkan pada suhu 41 °C sebesar 9,378 kW dengan debit 9,9 liter/menit,
dan pada suhu 38 °C laju aliran kalor yang dihasilkan sebesar 9,524 kW dengan
debit 12,9 liter/menit. Untuk water heater tunggal gas minimum, laju aliran kalor
yang dihasilkan pada suhu 41 °C sebsar 4,763 kW dengan debit 5 liter/menit, dan
pada suhu 38 °C laju aliran kalor yang dihasilkan sebesar 4,651 kW dengan debit
6,3 liter/menit.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
70
Gambar 4.18 Perbandingan debit air dengan laju aliran kalor pada kondisi gas
maksimum water heater rangkaian seri dan tunggal.
Dari Gambar 4.18 dapat disimpulkan bahwa dari variasi water heater
tunggal laju aliran kalor tertinggi yang didapatkan yaitu sebesar 8,52 kW pada
debit aliran air sebesar 4,78 liter/menit. Pada variasi water heater rangkaian seri
nilai laju aliran kalor tertinggi yang didapatkan sebesar 16,81 kW pada debit
aliran air 12,84 liter/menit.
Untuk water heater rangkaian seri tekanan gas maksimum, laju aliran kalor
yang dihasilkan pada suhu 41 °C sebesar 16,01 kW dengan debit 16,9 liter/menit,
dan pada suhu 38 °C laju aliran kalor yang dihasilkan sebesar 15,283 kW dengan
debit 20,7 liter/menit. Untuk water heater tunggal gas maksimum, laju aliran
kalor yang dihasilkan pada suhu 41 °C sebsar 8,146 kW dengan debit
8,6 liter/menit, dan pada suhu 38 °C laju aliran kalor yang dihasilkan sebesar
7,974 kW dengan debit 10,8 liter/menit.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
71
Gambar 4.19 Perbandingan debit air dengan efisiensi pada kondisi gas minimum
water heater rangkaian seri dan tunggal.
Dari Gambar 4.19 dapat disimpulkan bahwa dari variasi water heater
tunggal efisiensi tertinggi yang didapatkan yaitu sebesar 41,19 % pada debit aliran
air sebesar 4,72 liter/menit. Pada variasi water heater rangkaian seri, nilai
efisiensi tertinggi yang didapatkan sebesar 38,35 % pada debit aliran air
9,9 liter/menit.
Untuk water heater rangkaian seri tekanan gas minimum, efisiensi yang
didapat pada suhu 41 °C sebesar 38,35 % dengan debit 9,9 liter/menit, dan pada
suhu 38 °C efisiensi yang didapat sebesar 38,95 % dengan debit 12,9 liter/menit.
Untuk water heater tunggal gas minimum, efisiensi yang didapat pada suhu
41 °C sebsar 43,95 % dengan debit 5 liter/menit, dan pada suhu 38 °C efisiensi
yang didapat sebesar 43,16 dengan debit 6,3 liter/menit.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
72
Gambar 4.20 Perbandingan debit air dengan efisiensi pada kondisi gas maksimum
water heater rangkaian seri dan tunggal.
Dari Gambar 4.20 dapat disimpulkan bahwa dari variasi water heater
tunggal efisiensi tertinggi yang didapatkan yaitu sebesar 36,72 % pada debit aliran
air sebesar 4,78 liter/menit. Pada variasi water heater rangkaian seri, nilai
efisiensi tertinggi yang didapatkan sebesar 44,09 % pada debit aliran air
12,84 liter/menit.
Untuk water heater rangkaian seri tekanan gas maksimum, efisiensi yang
didapat pada suhu 41 °C sebesar 41,98 % dengan debit 16,9 liter/menit, dan pada
suhu 38 °C efisiensi yang didapat sebesar 40,08 % dengan debit 20,7 liter/menit.
Untuk water heater tunggal gas maksimum, efisiensi yang didapat pada suhu
41 °C sebsar 35,1 % dengan debit 8,6 liter/menit, dan pada suhu 38 °C efisiensi
yang didapat sebesar 34,35 % dengan debit 10,8 liter/menit.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
73
BAB V
KESIMPULAN DAN SARAN
5.1 KESIMPULAN
Setelah melakukan pengujian water heater rangkaian seri dan water heater
tunggal dengan tekanan aliran gas rendah dan tekanan aliran gas tinggi dapat
beberapa kesimpulan seperti berikut:
a. Telah berhasil dibuat water heater rangkaian seri dengan menggunakan energi
panas pembakaran gas LPG.
b. Besar debit air yang dihasilkan water heater pada kisaran suhu 38 °C – 41 °C
adalah:
1. Pada tekanan gas minimum debit air yang dihasilkan sebesar
Pada water heater rangkaian seri 9,9 liter/menit – 12,9 liter/menit.
Pada water heater tunggal 5 liter/menit – 6,3 liter/menit.
2. Pada tekanan gas maksimum debit air yang dihasilkan sebesar
Pada water heater rangkaian seri 16,9 liter/menit – 20,7 liter/menit.
Pada water heater tunggal 8,6 liter/menit – 10,8 liter/menit.
c. Besar efisiensi yang dihasilkan water heater pada kisaran suhu 38 °C – 41 °C
adalah:
1. Pada tekanan gas minimum efisiensi yang didapat sebesar
Pada water heater rangkaian seri untuk suhu 41 °C yaitu 38,35 % dan
untuk suhu 38°C yaitu 38,95 %.
Pada water heater tunggal untuk suhu 41 °C yaitu 43,95 % dan untuk
suhu 38°C yaitu 43,16 %.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
74
2. Pada tekanan gas maksimum efisiensi yang didapat sebesar
Pada water heater rangkaian seri untuk suhu 41 °C yaitu 41,98 % dan
untuk suhu 38°C yaitu 40,1 %.
Pada water heater tunggal untuk suhu 41 °C yaitu 35,1 % dan untuk
suhu 38°C yaitu 34,35 %.
5.2 SARAN
Dari penelitian yang telah dilakukan, beberapa saran yang dapat dikemukakan
a. Gunakan selang tahan panas yang berkualitas agar saat pengambilan data
tidak terjadi kebocoran maupun lelehnya selang akibat temperatur yang
tinggi.
b. Penambahan panjang pipa dianjurkan untuk meningkatkan efisiensi water
heater.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
75
DAFTAR PUSTAKA
Holman, J.P, 1995, Perpindahan Kalor, Edisi Keenam, Erlangga: Jakarta.
Koestoer, R. A 2002 : Perpindahan Kalor; Salemba Teknika, Jakarta.
http://www.rinnai.co.id/product-rinnai/hot-water-solution
http://www.perkakasku.com/detailprod.php?prodid=PR222#speprod
http://www.erabangunan .com/index.php?index=detail&itemid=1934
htpp://www.scribd.com/doc/48627618/komposisi-udara-hasan-44-dan-gadis-21.
Kreith, F. 1997 : Prinsip – prinsip Perpindahan Kalor, Edisi Ketiga; Penerbit
Erlangga, Jakarta.
Yunianto, Aditya Sri, 2014, Karakteristik Water Heater dengan panjang pipa 14
meter, diameter 0,5 inci, dan penangkap kalor gas buang, Fakultas Sains
dan Teknologi Universitas Sanata Dharma: Yogyakarta.
Virargo, Leonardo Wayan. Y, 2015, Karakteristik Water Heater dengan panjang
pipa pemanas 8 meter dan diameter 0,5 inci, Fakultas Sains dan
Teknologi Universitas Sanata Dharma: Yogyakarta.
PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI